低溫甲醇洗技術(shù)及其在煤化工中的應用

張曉恩(陜西潤中清潔能源有限公司，陜西 咸陽 713600)

0 引言

低溫甲醇洗技術(shù)是一種氣體凈化方法，將低溫甲醇作為主要溶劑介質(zhì)，洗脫氣體混合物中的二氧化碳、硫化氫、COS等酸性氣體物質(zhì)。低溫甲醇洗技術(shù)在氣體凈化過程中穩(wěn)定的選擇性、穩(wěn)定性，其可以處理、完全吸收大量常規(guī)酸性氣體，因此該氣體凈化技術(shù)在我國石化、煤化工和化工工業(yè)中具有廣泛的應用空間。

1 低溫甲醇洗技術(shù)概述

1.1 低溫甲醇洗技術(shù)原理及工藝流程

在整個煤化工生產(chǎn)過程中，可通過凈化裝置來處理氣體中含有酸性成分的氣體。低溫甲醇作為吸收劑，它可以發(fā)揮物理吸收作用，獲得良好的吸收效果。一般來說，在-50 ℃時，甲醇可以吸收溶解的硫化氫、二氧化碳和COS等氣體。在這一過程中，可以通過適當和合理地調(diào)節(jié)甲醇的溫度和壓力，有效控制氣體的吸收和吸收程度。此外，尾氣洗滌塔可用于回收排放氣體中的甲醇，從而減少甲醇的損失和浪費。同時，可以利用硫回收裝置來回收和進一步處理酸性氣體。

對低溫甲醇洗工藝的分析表明，低溫甲醇會從甲醇洗塔中排出富含甲醇的液體引入閃蒸汽分離器，閃蒸汽經(jīng)壓縮和循環(huán)加壓后可引入甲醇洗滌塔。閃蒸后的富甲醇送入硫化氫濃縮塔，在低壓閃蒸和氮氣汽提作用下，得到二氧化碳氣體。處理后的富硫甲醇將進入熱再生塔，熱再生塔將在加熱作用下進行。最后，可通過將硫化氫氣體輸送到硫回收裝置并加壓貧甲醇，將回收再生后的甲醇用泵送到甲醇洗滌塔。

1.2 低溫甲醇洗技術(shù)的基本特點

第一，能夠穩(wěn)定、完全吸收和去除正常類型的酸產(chǎn)生氣體，使空氣凈化裝置的計算達到較高的質(zhì)量水平。第二，穩(wěn)定的氣體排放。低溫控器清洗技術(shù)在水文物質(zhì)中常規(guī)酸生成消毒清洗中的應用，專用設備在常規(guī)酸生成處理中發(fā)揮著作用。凈化、清潔和清潔類似物質(zhì)時，可從二氧化硫處理中產(chǎn)生混合氣體，從而在空間層面實現(xiàn)技術(shù)的穩(wěn)定和獨立性，同時避免路徑層面對二氧化硫處理干擾的明顯不利影響，從而提高水循環(huán)凈化技術(shù)的結(jié)果質(zhì)量。第三，它具有簡單的化學和熱穩(wěn)定性。低溫甲醇洗技術(shù)對水文物質(zhì)中酸性中間體進行凈化時，甲醇溶液通常不會伴隨著技術(shù)處理裝置實際溫度水平的提高和洗脫凈化處理環(huán)節(jié)的不斷發(fā)展，進而出現(xiàn)影響后續(xù)氣體凈化處理過程順暢有序進行的起泡現(xiàn)象。第四，低溫在低溫甲醇應用中有效降低了工藝生產(chǎn)過程中甲醇水溶液的能耗，有助于在我國工業(yè)制造技術(shù)現(xiàn)代化的框架內(nèi)成功實現(xiàn)技術(shù)控制的低級目標。第五，將甲醇水溶液用作溶劑時的技術(shù)腐蝕程度極低，一般不會對工業(yè)廠房系統(tǒng)的內(nèi)部導管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕或有害影響，而在實際工業(yè)生產(chǎn)中使用了這種結(jié)構(gòu)。因此，為了降低我國現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中設備的綜合成本，往往沒有必要對相關工業(yè)設施的內(nèi)部布線結(jié)構(gòu)進行有針對性的處理。

2 低溫甲醇洗技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 凈化能力較強

在化學生產(chǎn)中有副產(chǎn)品和雜質(zhì)，改善副產(chǎn)品利用和生物多樣性對確保我國化學工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關重要。低甲醇法確保了含酸氣體的高效回收，具有顯著的技術(shù)優(yōu)勢。此外，低溫聚乙烯清潔的技術(shù)優(yōu)勢也非常明顯。采用低熱量甲醇凈化技術(shù)，保證了二氧化硫的純度，提高了二氧化碳的回收能力，提高了硫化氫回收的濃度。有效回收可保證催化劑質(zhì)量，避免催化劑中毒，用于硝酸銨、甲醇等生產(chǎn)，而無需添加其他微調(diào)過程，從而部分降低了該化學品的生產(chǎn)成本。

2.2 混合氣體選擇性強

低熱聚乙烯清洗工藝的技術(shù)優(yōu)勢也可以通過溶液中氣體的不同分辨率來說明。二氧化硫、二氧化碳、有機二氧化硫等可以通過甲醇的深度加熱去除，這種選擇性也是為了吸收硫化氫和二氧化碳等酸性氣體。硫化氫吸收得很快，效率很高。低溫甲醇中二氧化硫排放過程可以發(fā)生在同一吸收塔中，也可以同時發(fā)生在兩個吸收塔中。二氧化碳吸收量高，純度高，可用于工業(yè)尿液生產(chǎn)。減去的硫化氫含有一定量的硫，也可以回收[1]。

2.3 吸收穩(wěn)定性較強，能源消耗較低

液態(tài)甲醇凈化工藝可在低溫甲醇洗技術(shù)凈化混合氣體時溶解硫化羰氣體，穩(wěn)定性很好，由于實際回收過程中酸性氣體增加，凈化階段不會產(chǎn)生氣泡，從而確保低溫甲醇凈化能力在特定凈化階段得到了顯著提高，使得低溫甲醇洗技術(shù)在非常低溫的環(huán)境中運行，從而降低了反應階段的能耗。此外，在利用低溫甲醇洗技術(shù)凈化混合氣體時，由于液態(tài)甲醇凈化器腐蝕能力低，實際低溫甲醇洗技術(shù)對設備的腐蝕將大大減少。

2.4 低成本

甲醇在化學和熱穩(wěn)定性方面具有巨大優(yōu)勢，不容忽視。因此，工人在應用過程中無需添加爆破劑，即可有效地避免其他過程中可能發(fā)生的爆炸。該過程所需設備和設備的初始階段涉及相當大的費用，但在實踐中，低功耗和高純度的工藝是不可比的。因此，與NHD加工相比，低溫甲醇清洗的優(yōu)勢在工作負荷較重、運行周期較長的情況下明顯可見。因此，我國新的化工廠廣泛應用冷凍冷藏。

3 低溫甲醇洗技術(shù)在煤化工中的應用

3.1 制備合成氨

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，需要大量化肥，以提高生產(chǎn)效率和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。目前，大部分肥料是用氨制成的，這導致對氨的需求每年增加。鑒于此，極有必要開發(fā)一種成本低、易于大規(guī)模生產(chǎn)合成氨的方法，并可通過煤化工來實現(xiàn)。以精制原煤為原料，通過各種煤化工工藝生產(chǎn)合成氨，仍然是目前的主要手段。在這個制備過程中，不僅會產(chǎn)生氨，還會產(chǎn)生許多雜質(zhì)氣體，需要通過低溫甲醇洗技術(shù)來凈化這些氣體，以提高氨的純度。

3.2 煤制油方面的應用

大型燃煤裝置以煤和殘渣為原料，利用低溫甲醇洗工藝的優(yōu)良特性，增加酸性氣在壓力和低溫下的溶解度，然后去除硫化氫、氰化氫、氨、CO2等酸性氣體。在轉(zhuǎn)化和未轉(zhuǎn)化的原料氣中，從而精煉生產(chǎn)煤制油所需的原料。雖然采用低溫甲醇洗技術(shù)的投資成本較高，但與其他脫硫脫碳技術(shù)如聚乙二醇二甲醚技術(shù)相比，低溫甲醇洗技術(shù)能夠更有效地從粗合成氣中回收和脫除酸性氣體和硫化物。

3.3 煤制乙二醇

煤化工中低溫甲醇洗的生產(chǎn)也在其他領域得到應用，例如煤制乙二醇。傳統(tǒng)煤化工生產(chǎn)乙二醇時，往往會導致催產(chǎn)素降解，主要原因是催化劑中高二氧化硫大大減少了催產(chǎn)素的用量。從煤化工生產(chǎn)乙二醇時，通過選擇低熱甲醇凈化技術(shù)避免了這一問題，實現(xiàn)了令人滿意的生產(chǎn)效果。

3.4 以煤為基礎制造甲醇

甲醇是我國現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中用于合成、凈化、分離煤化工產(chǎn)品、應用各種有機化工品或合成西藥制劑的關鍵原料。根據(jù)現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)，甲醇在我國化工企業(yè)生產(chǎn)多氯聯(lián)苯、乙烯和丙烯等有機化工品的工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用。近年來，隨著我國國民經(jīng)濟的快速持續(xù)增長以及人民基本物質(zhì)生活條件的不斷優(yōu)化和改善，我國現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)領域?qū)τ袡C化工合成原料甲醇的需求水平呈現(xiàn)出日益增長的趨勢。在世界原油市場的歷史上，針對甲醇和二甲醚等物質(zhì)的合成化工品生產(chǎn)活動曾經(jīng)導致實際投資成本大幅增加，并在一定程度上為發(fā)展煤化工生產(chǎn)工藝創(chuàng)造有利條件。

3.5 煤制天然氣

隨著環(huán)保理念的深入，天然氣等清潔能源逐漸為我國城鄉(xiāng)居民廣泛使用。天然氣是人們生產(chǎn)生活中必不可少的，需求量很大，但中國的天然氣儲量并不豐富。因此，人們不僅應該在日常生活中注意節(jié)約天然氣，國家也應該注意發(fā)展煤制天然氣技術(shù)，以進一步降低對進口天然氣的依賴。以煤炭作為原料，進行一系列氣化作業(yè)，使其成為家庭天然氣生產(chǎn)和使用的過程，也需要用低溫甲醇洗法凈化氣體技術(shù)，以保證氣體的純度。從我國的現(xiàn)狀來看，煤制天然氣具有很大的優(yōu)勢。在煤化工領域，不僅原料充足，而且可以很好地控制合成氣的溫度和壓力，使合成氣更加清潔，符合生產(chǎn)和使用標準[2]。

3.6 煤制氫方面中的應用

煤化工的核心技術(shù)是用煤制氫。目前，氫是煤化工行業(yè)使用最廣泛的化工原料，這種可再生能源越來越受到人們的重視。清潔制氫技術(shù)是通過凈化、處理各種有害廢氣等復雜工藝流程，以煤或焦炭為原料，生產(chǎn)清潔氫氣的過程。合成生產(chǎn)過程中的所有氫化反應都可以回收高純氫氣，減少危險廢物的污染，最終為用戶提供工業(yè)氫氣。

4 煤化工行業(yè)中低溫甲醇洗技術(shù)的常見問題與處理方法

4.1 凈化氣中的硫超標的問題

二氧化硫在煤水合物的制備中對合成催化劑影響很大，并對合成催化劑產(chǎn)生毒害。通常，發(fā)送到合成組件的硫值必須小于0.1 mg/L。但是，在實際生產(chǎn)過程中，硫值將超過設計指標，在嚴重超標的情況下，子部件將停止。二氧化硫過量的原因與純度、溫度、壓力、原料水蒸氣、材料指數(shù)等因素密切相關。空氣凈化裝置中的二氧化硫可以通過增加再生系統(tǒng)負荷、調(diào)整甲醇循環(huán)量、定期氨，調(diào)整氮氣汽油速率和減少冷卻損耗來控制。

4.2 甲醇循環(huán)率不足問題

煤化工在煤炭工業(yè)生產(chǎn)中存在的問題是：主要由于甲醇流通不足，甲醇消費過多。從更深的角度來看，可以延伸到設備本身。在現(xiàn)階段，過量使用甲烷是由于設備和氣體泄漏造成的。因此，煤化工企業(yè)在分析這一問題時，必須從多個角度考慮問題，并尋求其他解決辦法。

4.3 凈化氣中的CO2含量超標的問題

空氣凈化裝置中CO2含量的要求根據(jù)工藝的實際應用情況確定。對合成氨法，純空氣中的CO2含量應低于20 mg/L，而甲醇的組成必須涉及少量CO2進行合成化學處理，調(diào)節(jié)合成催化劑水平上的溫度，部分降低二甲基色胺的產(chǎn)生，從而防止催產(chǎn)素濃度，這通常比合成氨高1.98%。過多的CO2增加了甲醇清潔劑的循環(huán)次數(shù)，導致系統(tǒng)冷卻能力的喪失。增加下游甲醇集料的氫消耗，產(chǎn)生過多的水，影響合成甲烷的純度。當甲醇吸收塔的碳分離段被吸收時，溫度較高，原料大氣中的CO2吸收至關重要。因此，空氣凈化裝置中的CO2含量與甲醇交換裝置的熱效應、吸收器的吸收效率、氨冷卻器的冷卻效應、系統(tǒng)冷卻的損失以及吸收塔中甲醇的流動密切相關。

4.4 運行時冷卻不足

合成甲醇是一個復雜的過程，其中冷卻效果至關重要。良好的冷卻效果直接影響低溫凈化轟炸氣體，影響整個工作流程的功能。在低熱甲醇的幫助下進行煤氣凈化的過程中，大多數(shù)煤化工公司可能會在這一過程中達成冷卻協(xié)議。特別是在高溫下，出現(xiàn)這種問題的可能性更大。制冷不足最直接的后果是甲醇吸氧能力受到影響，導致吸氧不足，設備功能出現(xiàn)若干問題。

5 低溫甲醇洗工藝吸收操作條件

5.1 溫度條件

降低吸收溫度可以提高甲醇中H2S和CO2的分辨率，提高吸收能力。在出現(xiàn)預期吸收效果的某些情況下，甲醇循環(huán)可以減少，運輸燃料消耗也可以減少，但是溫度過低會增加冷卻損失。吸收溫度主要由吸收效應和壓力決定，并且H2S和CO2等氣體在甲醇中非常熱溶解，從而提高了溶液在吸油過程中的溫度，降低了吸油能力。為了保持吸收塔的工作溫度，在中途設置冷卻器吸收大量二氧化碳，或者從塔中排出溶液。吸收過程中釋放的熱量可以通過甲烷在再生過程中的節(jié)流作用和氣體排氣過程中吸收的熱量抽象化來減少，從而降低甲醇溫度。

5.2 應力條件

與低溫吸收類似，增加吸收壓力具有優(yōu)勢，但對設備強度和材料的壓力過大會導致有用氣體組的分辨率損失增加。具體壓力主要由原料的組成、所需的空氣凈化程度以及前后工序的壓力決定。

5.3 吸收劑的純度

吸收劑的純度對其吸收能力有很大影響。影響吸收劑純度的因素很多，其中含水量是主要因素。如果甲醇含有水，甲醇的吸收能力就會降低。例如，如果甲醇中的含水量為5%，其CO2吸收能力下降約12%。

6 結(jié)語

綜上所述，低溫甲醇洗技術(shù)一般用于煤化工和天然氣生產(chǎn)工藝，但這并不意味著其價值有限。事實上，低溫甲醇洗技術(shù)也用于工業(yè)用煤制氨和氫。以其低溫甲醇為溶劑，去除原料氣體中混合的酸性氣體，實現(xiàn)氣體的綜合凈化效果。一方面實現(xiàn)了煤化工企業(yè)節(jié)能降耗的目標，另一方面也有利于企業(yè)提高經(jīng)濟效益。